新闻动态

新闻动态

绿泽源提供专业膜产品定制化解决方案

超滤膜分离技术简介

2021-12-01 管理员 阅读 689

超滤(简称 UF)是一种固液分离的技术,它的核心是一种膜俗称超滤膜。超滤是以压力为推动力,利用超滤膜不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程,具有常温、低压、无相变、能耗低、效率高、操作简便等特点,目前在饮用水净化、工业用水处理、饮料、生物、食品、医药、环保、化工、冶金、石油等许多方面已得到广泛应用。



膜分离过程分类



在膜法液体分离技术领域,从分离精度上划分由粗到精分为四类:微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO),如图1。


微信图片_20211201103318.jpg

图1 膜分离功能示意图


微滤(Microfiltration),简写为 MF,截留颗粒直径 0.1~1µm 之间。微滤膜允许大分子和溶解性固体(无机盐)等通过,但会截留悬浮物、细菌及大分子量胶体等物质。微滤操作压力一般在 0.01~0.2MPa 之间。 


超滤(Ultrafiltration),简写为 UF,截留颗粒直径 0.002~0.1µm 之间。超滤允许小分子物质和溶解性固体(无机盐)等通过,同时截留下胶体、蛋白质、微生物及大分子有机物,用于表示超滤膜孔径大小的切割分子量一般在 1,000~500,000 之间。超滤操作压力一般在 0.1~0.6MPa 之间。 


纳滤(Nanofiltration),简写为 NF,截留颗粒直径 0.001µm(1nm)。纳滤膜的操作区间介于超滤和反渗透之间,其截留有机物质的分子量约为 200~800 左右,截留溶解性盐类的能力为 20%~98%之间,对可溶性单价粒子的去除率高于高价离子,一般用于除去地表水的有机物和色素、地下水的硬度和部分溶解盐、食品和医药生产中有用物质的提取、浓缩等。纳滤操作压力一般在 0.5~1.5MPa 之间。 


反渗透(ReverseOsmosis),简写为 RO,截留颗粒直径小于 0.001µm(1nm)。反渗透能有效截留所有的溶解盐份及分子量大于 100 的有机物,同时允许水分子通过,主要用于苦咸水及海水淡化,锅炉补给水,工业纯水及饮用纯净水生产,废水处理。反渗透操作压力一般在 1~10MPa 之间。



超滤基本原理



超滤是一种以膜两侧的压力差为驱动力,以超滤膜为过滤介质,与膜孔径大小相关的筛分过程,超滤膜表面的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液,而体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧,成为浓缩液,从而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的,如图2。超滤是一种物理分离过程,不发生任何相变。 


微信图片_20211201103324.jpg

图2 超滤膜的截留范围 


超滤可以将原液中的胶体物质、大分子物质、颗粒、细菌、病毒和原生动物等进行截留,通过浓缩液排放、反冲洗和化学清洗而去除。 


超滤过程有如下特点: 


(1)超滤过程无相际变化,可以在常温及低压下进行分离,因而能耗低; 
(2)设备体积小,结构简单,故投资费用低,易于实施; 
(3)超滤分离过程只是简单的加压输送液体,工艺流程简单,易于操作管理; 
(4)溶液在分离、浓缩过程中不发生质的变化,因而适合于保味及热敏性溶液的处理; 
(5)适合于从稀溶液中分离微量贵重大分子物质的回收和低浓度大分子物质的回收; 
(6)能将不同分子量的物质分级分离; 
(7)在使用过程中无任何杂质的脱落,保证被处理溶液的纯净。 



超滤相关术语



原水:进入超滤系统的未经处理的水,还没有透过超滤膜。 


水通量:是指在 25℃水温和 0.1MPa 水压下,单位时间内、单位膜面积所透过纯水的体积。(单位:升/小时.平方米.0.1MPa)。 


载留率(R0)与切割分子量(MWCO):膜丝上微孔的形状和大小并非完全一致的,常使用截留率和切割分子量两个参数共同来衡量,截留率是指溶液中被截留的特定溶质的量所占溶液中特定溶质总量的比率。当 90%的溶质被膜截留时,在截留曲线所对应该类溶质的最小分子量即为该膜的切割分子量。超滤膜的孔径大约在 0.002 至 0.1 微米之间,其对应的切割分子量约为 1,000—500,000。 


孔径分布:相同切割分子量的超滤膜因膜丝上孔径大小分布的不同,其分离的效果也会有所差异,通常使用泡压法来测定超滤膜的孔径的分布,超滤膜上的孔径大小应均匀一致,孔径分布曲线窄,截留性能敏锐,选择性好。 

泡点测试:泡点是用来测试监控膜性能及膜组件完整性的一种常用方法。泡点是指膜完全浸润并浸泡在液体中,从膜的一边加以一定压力的气体,从膜的另一边开始出现连续起泡时的最低压力。泡点测试常常用来检测膜的最大孔径。 

断裂强度与断裂伸长率:超滤膜的机械强度大小反映了膜丝抵抗断丝的能力,断丝使超滤膜失去分离性能,是评价超滤膜质量优劣的一项重要指标,机械强度由膜丝的断裂强度和断裂伸长率来表征。一般使用电子单纱测力仪测量单根膜丝的断裂强度和伸长率。 

死端过滤:原液中的水分子全部渗透过超滤膜,没有浓缩液流出,当原液中被分离物质浓度很低时,为了降低能耗,通常采用死端过滤,或称为全量过滤。 

错流过滤:在过滤时有一部分的浓缩液体从超滤膜的另一端排掉,当原液中能被膜截留的物质浓度很高时,膜的过滤阻力增长很快,此时多采用错流过滤。


内压式过滤:原液先从膜丝内孔进,经压力差驱动,沿径向由内向外渗透过中空纤维成为透过液为内压式过滤。 


外压式过滤:原液经压力差驱动沿径向由外向内渗透过中空纤维膜丝成为透过液,而截留的物质汇集在中空丝的外部时为外压式过滤。 

跨膜压差:表示水透过膜的实际所需的驱动力,计算为原水侧的平均压力与产水侧平均压力的差。 

回收率:单位时间超滤净水产量(去除反洗所需用水量)与总原水量的比值 R。 

污染:被膜截留而沉积在膜表面的固体物质。污染常常导致膜通量的衰减。通常需要采用化学或者物理方法清除膜表面的污染物,恢复膜通量。 

反洗:将超滤透过液从膜丝内侧(产水侧)在一定压力作用下流向膜丝外测(原水侧)。 

浓差极化:引起被截留的悬浮物在膜表面聚集的现象。通常提高膜丝表面液体的切向流速可以有效降低浓差极化的现象。 

亲水性:亲水性膜材料对水有较强的亲合力,膜的表面很自然的具有润湿的特性。 

疏水性:膜材料对水的排斥特性。疏水性膜材料具有很低的吸水性能,因此在表面水常呈颗粒状。常用接触角表征材料的亲水性或者疏水性。


超滤膜成膜材料



可以用来制造超滤膜的材料很多,包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、聚丙烯(PP)、聚丙烯腈(PAN)、聚氯乙烯(PVC)等。90 年代初,聚醚砜在商业上取得了应用,而 90 年代末,性能更优越的聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜开始被广泛地应用于水处理行业。目前聚偏氟乙烯(PVDF)和聚醚砜(PES)成为制造中空纤维超滤膜的主流材料。 


<br style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 10